科学网 › 标签 › 干沉积

标签: 干沉积

相关帖子	版块	作者	回复/查看	最后发表

没有相关内容

相关日志

读博文“怎样才能让霾落下来”有感: 热度 15 Talky 2017-1-6 09:36; 读博文“ 怎样才能让霾落下来 ”有感中国目前霾污染中的细颗粒物，也称气溶胶。早在上世纪 80~90 年代就有大量研究其怎样落下来的问题。当时是研究酸雨的远距离输送，几百上千公里，跨国界，引发外交问题。酸雨的主要“前体物”是二氧化硫、硫酸滴和硫酸盐，以及氮氧化物、硝酸滴和硝酸盐。这些正是目前中国雾霾的主要组成部分和“前体物”。酸雨问题中当然也有“可溶性有机碳”，但当时研究中没有重点研究它，主要原因是“酸碱性”似乎和它无关。二氧化硫和氮氧化物，硫酸滴和硝酸滴，显然都会在空气中化学转化，因此能够经历长距离输送的，就是硫酸盐和硝酸盐。。。。正是重霾中 PM2.5 的重要组成。国内外都花了大力气研究酸雨问题。其中一个重点就是气溶胶从空气中去除问题。空气污染物从空气中去除的主要过程是重力沉降、湿清除和干沉积。 - 重力沉降适用于粗颗粒物和雨滴。霾中 PM2.5 基本上没有重力沉降问题（重力当然有，但下降时有空气阻力，还有扰动，向下的合力几乎为零）。 - 湿清除包括云清除（进入云滴，之后如果降水就到地面，部分因云滴蒸发后回到空气中），雨洗（离开云底前云中雨滴已经包含的污染物）和淋洗（雨滴下降过程中，在云下冲击或吸收污染物，一同到达地面）。湿清除是有效机制，但降水过程毕竟概率较小，阻挡不了污染物的长距离输送。 - 因此干沉积效率是判断污染物是否能留到地面上不再被输送的重要因素。干沉积的发生是在地面附近，污染物会被地面地物：土面、水面、树木植物花草等吸附或吸收，或发生化学反应留在那里。可见十分复杂。因此研究方法是做实验，监测污染物向地面的“通量”以计算“干沉积速率”。学界接受的结果是，气态污染物（二氧化硫和氮氧化物等）都有一定干沉积速率，但气溶胶的干沉积速率很小，在大陆上几乎是零。因此气溶胶，或中国目前重霾中的 PM2.5 都可以被输送远距离。因此酸雨和重霾都是区域性污染问题。 - 但是上面说的干沉积速率只是大陆上的，海洋上面的没有实验数据。海面上有波浪和水沫，含盐分，海面上也有含硫和盐的细颗粒物，这些细颗粒物的沉积速率就较高（我曾下载美国哈佛大学 GEOS-Chem 模型的源程序，看到海洋细颗粒物干沉积速率。但大陆过去的气溶胶在海面上的干沉积速率仍然取作零 http://blog.sciencenet.cn/blog-609047-765163.html ）。可以想象，大陆上的霾颗粒输送到海洋，将能够被清除。。。。。最后归宿。 - 前两天和网友聊，说到日本最近并没有受到中国霾污染的明显影响，一定程度上也说明了海洋上空可能是霾被清除的主要地域。有意思的是， 2000 年以后（？）西方国家不十分重视酸雨研究了，中国环保部的年报还年年有。怀疑原因是：酸雨的环境影响、生态影响和人体健康影响至今不很清楚（或者没有发现真正的严重问题）？但有一个值得重视的问题是，西方国家这些年减少了用煤量，好像酸雨污染和跨国界输送的问题减缓了。互相不掐了，研究重点转移了？（硫酸盐减少了）再联想中国雾霾，尽管源解析说明硝酸盐不比硫酸盐少多少，但那是质量解析，不代表各种细颗粒物的大小和数量。在天上呢，颗粒的大小和数量呢，影响能见度的程度呢，能被输送的距离呢？也许硫酸盐起的作用更大？请网友再看一下我 2015 年 2 月的一篇博文：查老账：我国上世纪 90 年代硫沉降模式计算结果。里面展示了黄美元（资深中科院大气物理所研究员， 1934-2010 ）等 2005 年出版《大气环境学》一书中，第 96 页上的图 5.3.8 。 (a) 是总硫沉降量（包括 SO 2 和 SO 4 2- ~ 硫酸根）； (b) 是 SO 2 ； (c) 是 SO 4 2- 分布，单位是（克 / 平方米 / 年）。当年研究力量较弱，经费非常有限。得到如此成果，很不容易了，相对分布有重要参考价值。图中可见，华北地区早已是“总硫沉降量”最严重的地区。（即硫酸盐和二氧化硫）; 个人分类: 灰霾|8251 次阅读|38 个评论

说说“污染气象学”（2）---- 污染物在大气中经历的主要过程: 热度 4 Talky 2013-12-23 23:13; 说说“污染气象学”（ 2 ） ---- 污染物在大气中经历的主要过程雾霾生命周期涉及的各个过程，是“污染气象学”的基础知识之一。 12 月 20 日写的博文说到各个过程的具体说明，在经典书籍里都可以查到，如 P. Pasquill and F. B. Smith 的 Atmospheric Diffusion, 1983 年第三版 , 出版商为 Erllis Horwood Limited 。又如李宗恺，潘云仙，孙润桥的《空气污染气象学原理及应用》， 1985 年第一版，气象出版社。较新的教材有《空气污染气象学教程》，蒋维楣、孙鉴泞、曹文俊和蒋瑞宾编著，2004年第二版，气象出版社。但因为是教材，内容相对简单些。污染物在大气中经历的主要过程如图：图中：混合层（ Mixing layer ）和行星边界层的含义相似，特指污染物主要在该层内输送扩散。混合层厚度由气象条件决定。一般情况下，夏季最厚，可达 2000-3000 米；冬季最薄，可以只有几百米。在其顶部空气的垂直运动几乎可以忽略，因此混合层内的烟气很难越过顶部进入“自由大气”。但混合层顶不是刚性的，而且高度随时间变化，因此有部分烟气会“逃逸”离开混合层，进入“自由大气”。这部分逃逸烟气有可能被输送长距离，甚至不再回到地面。（注：“混合层”也可以称为“大气边界层”或“行星边界层”，只是最贴近地面的薄层。是“对流层 ~Troposphere ”的最低层。对流层在中纬度约 10 公里高，上面是“平流层 ~Stratosphere ”。如果坐飞机，大部分时间是在平流层内飞的，长时间在对流层内飞机会颠簸，乘客受不了。另外，臭氧层在平流层内，中心约 25 公里高）主要过程包括： 1 、初始阶段，因为烟气物理性质（速度和温度）和周围空气不同而发生烟流抬升（ Plume rise ）特指烟囱排放的烟气，可能有初始的垂直速度和高温，因此有一个（力学和热力学）抬升过程。抬得越高，造成地面浓度越低。和烟囱本身高度一起，是评价该“高架”点源排放烟气环境影响的重要参数。烟囱口排出的气态或颗粒态污染物属于“一次 (Primary) ”污染物。 2 、输送过程平流输送（ Advection ）指较大尺度的盛行风对烟气的整体输送。湍流扩散（ Turbulent diffusion ）指小尺度的湍流使烟气向四周扩散。化学转化（ Chemical transformation ）指烟气进入大气之后经历的各种化学反应过程。气体和气体反应称为均相反应，其他都是复相反应。我们关心的“二次颗粒物（ Secondary ）”，就是通过化学反应才产生的。和酸雨和雾霾相关的主要是二氧化硫和氮氧化物经反应生成硫酸滴、硝酸滴、硫酸盐和硝酸盐。云过程（ Cloud processes ）污染物可以混合进入云雾中，并经历化学反应过程（大都是复相反应）。吸湿性细颗粒物是参与雾滴和云滴生成的重要角色。称为“凝结核 ~CCN ”。洁净的水蒸汽不容易凝结，有了凝结核能促进成雾成云。蒸发（ Evaporation ）指一定气象条件下，云滴会被蒸发，包含的气态和颗粒态污染物会回到空气中。值得注意的是，有的高积云（对流云团）可以直上穿过“对流层（ Troposphere ）顶”进入“平流层（ Stratosphere ）”。空气污染物可能通过高积云顶的蒸发进入“臭氧层”导致臭氧层被破坏。 3 、清除过程：重力沉降（ Gravitational settling ）指尺度比较大的粗颗粒物，即 PM10 中尺度大于 2.5 微米的颗粒物，及大于 PM10 的颗粒物，因为重力下降到地面。重力沉降过程在全空间发生。 PM2.5 等细颗粒物因为空气阻力等原因，一般不考虑它们的重力沉降。干沉积（ Dry deposition ）只在地面附近发生。因为污染物和地表接触，发生吸收和吸附使污染物停留在地面，不再介入输送，因此被从大气中“清除”。干沉积的强度由污染物性态（气态 / 颗粒态，颗粒大小，组分）、地表性态（土面、草地、农田、森林、湿地、水面、海面。。）和地表附近空气流动状态（有风、强风、湍流。。）决定。湿沉降（ Wet scavenging ）指降水过程（雨、雪、雹）清除污染物的过程，又可再分为雨洗和淋洗。雨洗（ Rainout ）指雨滴（雪、冰）离开云底之前，已经含有（凝结核和在云过程中进入的）污染物的被清除。淋洗（ Washout ）指雨滴（雪、冰）离开云底之后下降，通过污染空气时又吸收吸附的污染物的被清除。关于这些过程的讨论和研究，是从空气污染发展到一个新阶段 ~ 酸雨 ~ 时得到重视的。酸雨问题在上世纪 60 年代被发现， 70 到 90 年代进入研究高潮。形成酸雨的主要“前体物（ precursors ）”是二氧化硫和氮氧化物和细颗粒物：硫酸盐和硝酸盐。二氧化硫和氮氧化物寿命较短，除了被“清除”外，还大量经历化学转化形成二次颗粒物：硫酸盐和硝酸盐。这些细颗粒物能经历长距离输送，及至跨国界。曾经受到国际（北美，西欧，以及东亚）各国的密切关注。之后发达国家改善了能源结构，北美和西欧的酸雨争论淡化了，虽然我国酸雨严重，但输送到邻国的证据仍然不足。湿沉降是非常有效的清除机制，但也是有效率的，涉及降水类型和“雨滴谱（大小分布）”和污染物的性态，以及降水强度和持续时间。但是，对于大范围的雾霾，不仅污染物不断地继续排放，而且降水区域未必能覆盖。因此大量污染物被风吹（平流输送）和散布（湍流扩散）到别的地方。像今年华北华东 12 月上旬的大范围雾霾，很少降水。 12 月 16-17 日虽然降水了，但雨带主要在长江以南。因此大量污染物被输送到东海再被清除的可能性很大。湿沉降和干沉积十分复杂，涉及繁杂的计算公式和观测数据。关于干沉积，查了一些资料，对于最简单的轨迹模式，曾见到二氧化硫和硫酸根的干沉积速率，分别取为 0.008m/s 和 0.002m/s 。即细颗粒物干沉积效率常低于气态污染物。湿沉降和干沉积的研究仍然得到国内外的重视，在核事故和燃煤排放汞污染的大气输送扩散问题中显得特别重要。道歉：李芳军博主几天没上科学网了，今天早上（24日）发email告诉我，在我12月20日博文 “霾”的生命周期。。。最后去哪里了？中引用的那张图并没有显示雾霾。所以，我用该图企图说明雾霾可能被海洋“干沉积”是完全错了，外行，没有征得专业人士的确认。图中沿海的土黄色，可能是泥沙流入海洋，冲积起来的颜色？。。。。不过海洋面积广阔，作为雾霾的最后归宿的想法，我觉得说得通的。; 个人分类: 科普|10757 次阅读|13 个评论

“霾”的生命周期。。。最后去哪里了？: 热度 7 Talky 2013-12-20 11:18; “霾”的生命周期。。。最后去哪里了？ 12 月 18 日，应邀参加了崇明岛 “上海农商银行杯”东滩湿地观鸟节开幕式。讨论了雾霾问题，记者则采访崇明湿地是否在清除雾霾中起了大作用。我回答湿地清除雾霾的效率比较陆地明显会高些，但范围小了，整体作用有限。突然感觉，近期对雾霾或 PM2.5 污染的关心，重点是在监测分析找来源，传输过程和预测方面。对于雾霾和 PM2.5 的归宿，却少有说明和评论。 ------------------------------------------------------------- 下面是第二天发给相关记者的意见，供参考昨天问的关于“湿地在消除雾霾的作用”的问题，是一个很好的问题。以往我重视不够，因此没有恰当地回答这个问题。下面意见提供参考：实际上空气污染物在被排放后直至消失（如果难以消散，就会像二氧化碳那样有累积了）的生命周期包括来源（排放），输送过程（风吹、扩散、化学转化等），和沉降（重力沉降、干沉积、湿沉降），或者还有分解（很少讨论）和衰减（放射性物质）。 − 来源是目前研究重点，目标是根治； − 输送过程是评价和预测雾霾的发展过程，以便应对。例如城市规划中考虑建筑物风场“廊道” 的设计等； − 沉降是污染物从空气中被清除的过程。重力沉降主要指尺度比较大的粗颗粒物，即 PM10 中尺度大于 2.5 微米的颗粒物，及大于 PM10 的颗粒物。 PM2.5 等细颗粒物因为空气阻力等原因，一般不考虑它们的重力沉降。湿沉降是指雨滴在成型时已经包含的污染物，和从云底降下过程中又冲刷空气中的污染物。干沉积只发生在地面，因为污染物和地表接触，发生吸收和吸附使污染物停留在地面，不再介入输送，因此被从大气中“清除”。湿地关于清除雾霾的作用主要在“干沉积”过程。干沉积的强弱，取决于污染物的特性（气态 / 颗粒态，组分和特性），地面性状（水面、农田、森林、建筑、道路、沙漠。。。），以及地表附近空气的流动状态（静稳、小风、湍流） − 一般说来，气态污染物比较细颗粒物更加容易被干沉积，经验是，衡量干沉积强度的“干沉积速率（单位是速度 / 长度）”比较，气态污染物的速率是细颗粒物的 10 倍。。。。 − 比较地面性状，显然海洋是最有效的清除体：又是水面，又有海浪、飞沫和湍流（混乱运动）。另一个极端是沙漠和水泥地面，显然对细颗粒物的干沉积能力很弱。森林有大的接触面，湿地有水面也有风，因此干沉积的能力应当也比较强。因此应当结论： − 雾霾的最终去向主要是海洋（干沉积仅在地面发生，只有海洋才有广阔持久的空间容纳各种沉降）； − 就陆地而言，湿地能够对清除雾霾起比较大的作用。因此崇明岛湿地是本市一块重要的清除雾霾的地域； − 一般说气态污染物更容易被干沉积，但对湿地一类的水面，应当开展进一步研究，细颗粒物也可能有较强被干沉积的强度； − 湿地毕竟比较少，应当保护湿地，多植树造林，城市绿色建筑，加强清除雾霾能力。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- “霾”最后哪里去了？ 1、被风吹散了：吹到别的地方，边吹边扩散到更广大的地域，特别是海洋。 2、最后是沉积到地面，陆地和海洋。因为细颗粒物较难在陆地沉降，主要在海洋！（2013年12月24日注：李芳军博主几天没上科学网了，今天发email告诉我，下面这张图没有显示雾霾的。所以，我用这张图企图说明雾霾可能被海洋“干沉积”是完全错了，外行，没有征得专业人士的确认。图中沿海的土黄色，可能是泥沙流入海洋，冲积起来的颜色？。。。。不过海洋面积广阔，作为雾霾的最后归宿的想法，我觉得说得通的。）在李芳军博主博文：“ 看图说 - ‘像云像雾又像霾’ - 如何在真彩色遥感图像上识别 ” 上传的遥感图上切下一块，是12月1日至10日的平均图：可以看到，有霾向海洋传输的迹象，而且很快消散（失）。可能展示着海洋强大的清除雾霾（PM2.5）的能力。; 个人分类: 灰霾|8142 次阅读|31 个评论

更多...

帐号		自动登录	找回密码
密码			注册

关闭 安全验证

标签: 干沉积

相关帖子

相关日志

关闭安全验证